ВАЖНЕЙШИЕ ЭКОСИСТЕМЫ
Классификация экосистем представлена на рисунке 8.
Экосистемы океана:
Биологическая продукция в экосистемах лимитируется недостатком некоторых жизненно важных биогенных химических элементов, а именно – азота и фосфора. В зоне фотосинтетически активной радиации (эвфотическая зона, примерно 200 м, здесь фотосинтез энергетически выгоден) биогенные элементы связываются живым веществом и непрерывным дождем останков животных и водорослей оседают на дно. Редуценты минерализуют донный детрит, и биогенные элементы накапливаются в придонных водах.
Если подъем глубинных вод не происходит, то цикл обращения биогенных элементов нарушается, что ведет за собой образование океанических пустынь с ничтожно малой концентрацией живого вещества (примерно ¾ поверхности океана). Процветание органической жизни происходит там, где происходит подъем глубинных вод. Это происходит при перемешивании вод на мелководье сезонными штормами, турбулентными завихрениями вблизи океанических течений и вертикальными течениями, запускаемыми сгонными ветрами с континентов
Чтобы грамотно описать экосистемы океана, необходимо соблюсти соответствующую терминологию в обозначении зон мирового океана. Бенталь – дно океана, его населяют донные организмы – бентос. Пелагиаль – толща воды, ее населяет планктон – парящие в воде организмы (фитопланктон – одноклеточные водоросли и зоопланктон – в основном веслоногие рачки и те рачки, которые ими питаются) и нектон – организмы, свободно перемещающиеся в толще воды (киты, рыбы, кальмары). Детритные цепи замыкает бактериопланктон.
Рассмотрим, какие участки включает в себя дно океана (рис. 9).
Литораль включает в себя приливно-отливную зону и простирается до глубины примерно 200 м. Граница литорали там, где свет перестает доходить до дна.
Шельф – подводное продолжение материка, включающее в себя литораль и сублитораль. Толща воды над ним называется неретической зоной. Шельф продолжается до свала глубин (батиаль) – крутого склона, ведущего к абиссали – океаническому дну. Впадины в океаническом дне называются ультраабиссаль (максимальная глубина 11 022 м). Толща воды соответственно участкам дна делится на эпипелагиаль, батипелагиаль иабиссопелагиаль.
 |
Около 80 % биологической продукции океана сосредоточено в неретической зоне за счет доступности биогенных элементов и фотосинтеза. Однако самыми рыбопродуктивными зонами океана являются апвеллинги (рис. 10). В мировом океане четыре крупные зоны апвеллинга – перуанская, калифорнийская, африканская (от Марокко до Гвинеи), южно-африканская. Все эти и множество мелких зон апвеллинга расположены у западного побережья материков, это связано с направлением вращения Земли. Цепь питания апвеллинга: «диатомовые водоросли – веслоногие рачки – анчоус (и другие рыбы планктофаги) – хищные рыбы».
Ни с чем не сравнимы по видовому богатству и разнообразию жизни экосистемы коралловых рифов. Эти сообщества функционируют за счет сложных и совершенных пищевых связей. Биогенные элементы в пределах рифа не успевают сноситься в океан и после выедания животными и минерализации бактериями тут же снова поглощаются организмами.
Отдельного рассмотрения требуют экосистемы некоторых морей.
Черное море уникально за счет того, что в глубинных слоях анаэробные серобактерии, окисляя органику, выделяют сероводород (Н2S), который отравляет слой тяжелых соленых вод. Над этим слоем сероводородной воды находится в два раза более пресный слой воды. Границы сероводородной зоны в настоящее время менее 50 м, и постоянно сокращаются в связи с загрязнением поверхностных вод органикой. Рыбы Черного моря представлены тремя группировками: планктофаги, тяготеющие к более пресному мелководью (хамса, тюлька); весенние хищники – мигранты из Мраморного моря (тунец, ставрида, скумбрия); обитатели границы сероводородной зоны (мерланг, шпрот).
Человек забрал воды речного стока на орошение, что привело к изменению гидрологического режима Черного моря. Сероводород стал появляться даже на мелководье, ухудшились условия жизни планктофагов. Бентофаги стали гибнуть от заморов (весенний паводок с холодной водой приносил в придонные слои кислород, теперь паводок происходит летом – осенью, когда вода теплая и, соответственно, не несет кислорода). Хищники-мигранты перестали заходить в северные воды, вспышки численности медуз и гребневиков подорвали кормовую базу рыб.
Балтийское море – относительно мелководное, почти замкнутое и более пресное, чем океан. Окружено индустриально развитыми странами, поэтому считается одним из самых грязных морей в мире. Со стоком рек в море попадает огромное количество не только пестицидов и тяжелых металлов, но и, главным образом, биогенных веществ. Бактерии, разлагая органику, тратят О2 воды, что неизбежно ведет за собой замор донной фауны на тысячи квадратных километров дна. От токсинов и тяжелых металлов страдают, прежде всего, животные высших трофических уровней (под угрозой вымирания находится балтийский тюлень). Несмотря на интенсивное международное сотрудничество в области сохранения Балтийского моря, серьезного улучшения экологической обстановки на Балтике не наблюдается.
Экосистемы пресных вод:
Лотические водоемы (реки и ручьи). Основные особенности этих экосистем при рассмотрении от истока до устья:
· отсутствие планктона;
· наличие сообщества организмов, обитающих на нижней поверхности камней – ритрона (личинок насекомых, грибов-гифомицетов, бактерий);
· наличие плесов, обеспечивающих развитие грунтоедов (личинок комаров, червей);
· в нижнем течении рек появление планктона – кормовой базы большинства речных рыб (карася, леща, осетровых).
Человеческая деятельность не обошла своим пагубным влиянием и реки: речные организмы концентрируют в себе большое количество вредных веществ, попадающих в реки со сточными водами. При осушении верховых болот (накопителей влаги, питающих мелкие ручьи) и сведении лесов поверхностный сток с весенним таяньем снега возрастает в несколько раз, затем реки быстро заиливаются и мелеют (погибает ритрон). Создание водохранилищ превращает лотический водоем в цепь лентических (стоячих), затопляются плодородные поймы, регулирование стоков изменяет сообщество реки.
В месте впадения реки в море образуется зона – эстуарий, в которую сносится огромное количество органики (пресноводный планктон в этой зоне погибает от соленой воды, что определяет расцвет детритофагов и питающихся ими хищников). С эстуариями связаны зоны нагула осетровых (устья Волги, Дона, Кубани, Амура). В случае загрязнения рек эстуарии наиболее уязвимы, так как все вредные вещества в итоге оседают в эстуарии.
Лентические водоемы. Лентические водоемы – стоячие воды, подразделяются на четыре группы:
1) эвтрофные водоемы – мелководные, прогреваемые до дна. Обычно это мелкие пруды. Вспышки численности выделяющих токсины сине-зеленых водорослей иногда делают воду непригодной для использования. Органика оседает и образует на дне толстый слой ила, пруд мелеет, зарастает камышом, рогозом. Эвтрофикация водоемов – крайне нежелательный процесс, напрямую связанный со сбросом биогенных веществ в пресные водоемов (например, сток с полей любимого лакомства сине-зеленых водорослей – фосфорных удобрений);
2) олиготрофные водоемы – глубоководные озера, дно которых не имеет растительности (профундаль в отличие от заросшей водорослями литорали). Весной и осенью при выравнивании температуры водных слоев происходит промешивание вод, при этом биогенные элементы поднимаются со дна в эвфотическую зону, а донные слои обогащаются кислородом. Пищевая цепь устойчивая и однозначная: диатомовые водоросли – веслоногие рачки – рыбы ценных пород (форель, омуль);
3) мезотрофные водоемы – равнинные озера, занимающие промежуточное положение между эвтрофными и олиготрофными;
4) дистрофные водоемы – болота и болотистые леса. Они характеризуются накоплением на дне нерастворившейся органики и низкой минерализацией воды. Заторфовывание выводит из круговорота биогенные вещества, а бедная биогенами и О2 вода подавляет процесс разложения (минерализации) органики и ведет к заторфовыванию. Особенно эти процессы выражены на сфагновых болотах. Белый мох – сфагнум препятствует прорастанию семян, изолируя их от воды, а его бактерицидные свойства угнетают активность бактерий-редуцентов. Непродуманная мелиорация – главная угроза не только самим дистрофным водоемам, но и связанным с ними рекам, лесам и другим экосистемам.
Наземные экосистемы:
Каждая из наземных экосистем представляет большой интерес и содержит множество особенностей взаимодействия ее компонентов со средой обитания. Рассмотрим некоторые из экосистем суши:тропические леса, северные хвойные леса, агроценозы.
Тропические леса. Основной лимитирующий фактор в лесу – свет, большинство молодых деревьев гибнет из-за нехватки света. Пастбищные пищевые цепи в лесу очень слабые, основная часть фитомассы используется бактериями и грибами. Многие консументы леса живут в кронах деревьев, где питаются содержащими меньше целлюлозы плодами и цветками растений. Жесткая конкуренция инициировала специализацию растений по ярусам лесного сообщества.
Тропические леса – уникальные по биоразнообразию экосистемы. Как и в случае с коралловыми сообществами, в тропическом лесу биогенные элементы быстро минерализуются (термиты и многоножки измельчают растительный опад, бактерии и грибы минерализуют органику), деревья быстро всасывают минеральные вещества, прежде чем их смоют тропические ливни. Гумус не накапливается, почва почти не образуется. При сведении тропических лесов под пашни почва в течение 2 – 3 лет становится непригодной для сельского хозяйства. Крестьянам приходится сводить новые участки «легких планеты». В верхних ярусах леса распространены растения – эпифиты, которые не нуждаются в почве, но имеют воздушные корни (орхидеи). Многие животные никогда не спускаются на нижние ярусы леса, вследствие этого малодоступны для исследования. К сожалению, тропические леса выжигают под пашни или вырубают слишком быстро.
Северные хвойные леса составляют почти 90 % лесов России, из них 2/3 – светлохвойные леса (основные породы лиственница и сосна), 1/3 – темнохвойные леса (ель, пихта). Образовавшиеся по геологическим меркам недавно в постледниковье, хвойные леса не богаты в видовом отношении. Пастбищные цепи так же слабые:
1) деревья – грызуны – куньи (соболь, горностай);
2) деревья – насекомые-древоточцы – насекомоядные птицы – хищные птицы.
Фауна таежных подзолистых почв бедна, гумус образуется некачественный, разложение органики идет очень медленно (поэтому хвойные леса отличаются захламленностью и непроходимостью). Важнейшую роль в разложении детрита играют шляпочные грибы (базидиомицеты). Муравьи быстро превращают в труху стволы деревьев при построении муравейников.
В Росси, например, 70 % тайги стоит на многолетней мерзлоте. Сведение лесов открывает мерзлоту Солнцу, она тает и участок заболачивается. Хозяйственное использование лесов в любом случае ведет к деградации лесных экосистем, широкомасштабная лесопосадка на обширной территории до некоторой степени компенсирует негативные последствия рубок, но опыт Швеции в посадке американской сосны (так называемые «монотонные леса») показывает ограниченность человеческих возможностей в регулировании природных процессов.
Агроценозы– искусственные живые сообщества, созданные с целью максимального повышения продуктивности. Чистая продукция равновесного сообщества равна нулю, следовательно, повышая продуктивность обязательно необходимо создать неравновесное сообщество (пашни, пастбища), а затем сдерживать силы сукцессии, направленные на установление равновесия (выпалывать «сорняки», вносить удобрения, травить пищевых конкурентов типа картофельной двадцативосьмиточечной коровки). При этом человек тратит большое количество энергии (мышц, домашних животных, нефти и угля и пр.).
Фактически, затраты на сельское хозяйство превышают энергию, получаемую с урожаем. Более урожайные сорта растений требуют бóльших затрат на полив и удобрения. Вместе с продукцией человек изымает из почвы биогенные вещества, восполнения органической части почвы не происходит и она деградирует. Минеральные удобрения усваиваются далеко не на 100 % (азотные – на 40 – 50 %, фосфорные – на 18 %), остальное смывается в реки и вызывает эвтрофикацию. Несмотря на исключительную деятельную активность человек еще пока не создал ничего подобного по степени гармоничности и рациональной красоте природным системам.